Vědci na technologické univerzitě Nanyang v Singapuru (NTU Singapur) vyvinuli inovativní solární metodu pro transformaci kalu odpadních vod -- vedlejší produkt čištění odpadních vod -- do zeleného vodíku pro čistou energii a jednobuněčný protein pro krmení zvířat.
Publikováno vPřírodní vodaMetoda kalu na potraviny a paliva řeší dvě naléhavé globální výzvy: řízení odpadu a generování udržitelných zdrojů. To je v souladu s cílem NTU oslovit největší výzvy, jako je změna klimatu a udržitelnost.
Organizace spojených národů odhaduje, že do roku 2050 bude ve městech žít přibližně 2,5 miliardy lidí. Spolu s růstem měst a průmyslových odvětví přichází nárůst kalů z odpadních vod, což je notoricky obtížné zpracovat a zlikvidovat kvůli jeho složité struktuře, složení a kontaminanty, jako jsou těžké kovy a patogeny.
Podle UN-HABITAT se každoročně generuje více než 100 milionů tun kalu na kalu, což je částka, která ročně roste. Avšak běžné metody likvidace --, jako je spalování nebo skládka --, jsou však časově náročné, energeticky neeficient a přispívají k znečištění životního prostředí.
Abychom řešili problém nežádoucího a obtížně léčba kalu, vytvořili vědci NTU třístupňový sluneční proces, který integruje mechanické, chemické a biologické techniky.
Testy důkazu konceptu odhalily, že proces týmu NTU je účinnější než konvenční techniky, jako je anaerobní trávení --, skrze které bakterie rozkládají organický odpad za vzniku bioplynu a zbytků bohatých na živiny. Obnovuje výrazně více zdrojů, zcela odstraňuje kontaminanty těžkých kovů, má menší environmentální stopu a nabízí lepší ekonomickou proveditelnost.
Vedoucí výzkumný pracovník docenta Li Hong z NTU School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) a Institut pro energetický výzkum uvedl: „Naše metoda transformuje plýtvání na cenné zdroje a snižuje poškození životního prostředí při vytváření obnovitelné energie a udržitelné potraviny. To je příkladem kruhové ekonomiky a přispívá k zelenější budoucnosti.“
Co-lead researcher Professor Zhou Yan from NTU's School of Civil and Environmental Engineering (CEE) and Nanyang Environment and Water Research Institute (NEWRI) said, "Our solar-powered process demonstrates how we can tackle multiple challenges at once -- turning a difficult waste product into clean energy and nutritious protein. By integrating mechanical, chemical, and biological approaches, our method has successfully addressed pollution and resource nedostatek, nabízející novou udržitelnou strategii v řízení odpadních vod. “
Třístupňový proces NTU
Proces začíná mechanickým rozbitím kalu z odpadních vod. Chemické ošetření odděluje škodlivé těžké kovy od organických materiálů, včetně proteinů a uhlohydrátů.
Poté elektrochemický proces poháněný solárním poháněním používá specializované elektrody k přeměně organických materiálů na cenné produkty, jako je kyselina octová -- klíčová složka pro potravinářský a farmaceutický průmysl -- a vodíkový plyn, čistý zdroj energie.
Konečně, světle aktivovaný BACTERIAjsou zavedeny do zpracovaného proudu kapaliny. Tyto bakterie přeměňují živiny na jednobuněčný protein vhodný pro krmivo pro zvířata.
Ekologický, nákladově efektivní a škálovatelný
Laboratorní testy ukázaly, že nová metoda získává 91,4 % organického uhlíku v kalu z odpadních vod a přeměňuje 63 % organického uhlíku na jednobuněčný protein, aniž by produkoval škodlivé vedlejší produkty. Pro srovnání, tradiční anaerobní trávení se obvykle zotavuje a konvertuje kolem 50 % organických materiálů v kalu z odpadních vod.
Proces solárního pohonu dosahuje energetické účinnosti 10 % a generuje až 13 litrů vodíku za hodinu pomocí slunečního světla, což je přibližně o 10 % energeticky účinnější než konvenční metody výroby vodíku.
Proces NTU snižuje emise uhlíku o 99,5 % a spotřebu energie o 99,3 % ve srovnání s tradičními metodami. Vylučuje také škodlivé těžké kovy z kalu, který by jinak byl zlikvidován bez řádného ošetření, což by se tento proces stal ekologicky šetrným volbou.
První autor, Dr. Zhao Hu, výzkumný pracovník ve škole Mae, řekl: „Doufáme, že naše navrhovaná metoda ukazuje životaschopnost udržitelného řízení odpadu a posunu, jak je vnímán kaly odpadních vod -- z odpadu na cenný zdroj, který podporuje čistou energii a udržitelnou potravinovou výrobu.“
Výzkumný tým NTU dodal, že zatímco nově vyvinutý proces je slibný, je zapotřebí více studií, aby se zjistilo, zda může být rozšířen. Klíčovou výzvou jsou náklady na použití elektrochemického procesu k úplnému rozložení organických materiálů a extrahování všech těžkých kovů z odpadu. K obtížnosti navíc zvyšuje navrhování komplexního systému pro čištění odpadních vod.